2019高中物理 第4章 机械能和能源章末检测试卷 教科版必修2.doc

1第第 4 4 章章 机械能和能源机械能和能源章末检测试卷章末检测试卷( (第四章第四章) )(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 12 小题，每小题 4 分，共 48 分.17 题为单项选择题，812 题为多项选择题全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，错选和不选的得 0 分)1.如图 1 所示，拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法如果受训者拖着轮胎在水平直道上跑了 100 m，那么下列说法正确的是( )图 1A摩擦力对轮胎做了负功B重力对轮胎做了正功C拉力对轮胎不做功D支持力对轮胎做了正功答案 A【考点】对功的理解及是否做功的判断【题点】力是否做功的判断2.如图 2 所示，运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是( )图 2A阻力对系统始终做负功B系统受到的合力始终向下C重力做功使系统的重力势能增加D任意相等的时间内重力做的功相等答案 A2解析 无论系统在什么运动情况下，阻力一定做负功，A 正确；加速下降时，合力向下，减速下降时，合力向上，B 错误；系统下降，重力做正功，所以重力势能减少，C 错误；由于系统做变速运动，系统在相等时间内下落的高度可能不同，所以重力做功可能不同，D 错误【考点】重力做功与重力势能变化的关系【题点】定性分析重力做功与重力势能变化的关系3.如图 3 所示，同一物体分别自斜面AC和BC顶端由静止开始下滑，物体与两斜面的动摩擦因数相同，物体滑至斜面底部C点时的动能分别为EA和EB，下滑过程中克服摩擦力所做的功分别为WA和WB，则( )图 3AEAEB WAWB BEAEB WAWBCEAEB WAWB DEAEB WAWB答案 A解析 设斜面倾角为，底边长为b，则Wfmgcos ·mgb，即摩擦力做功b cos 相同；再由动能定理知，物体沿斜面AC下滑时的初始重力势能大，则EAEB，A 正确【考点】应用动能定理进行有关的计算【题点】应用动能定理求速度或动能4.汽车的发动机的额定输出功率为P1，它在水平路面上行驶时受到的摩擦阻力大小恒定汽车在水平路面上由静止开始运动，直到车速达到最大速度vm，汽车发动机的输出功率P随时间变化的图像如图 4 所示若在 0t1时间内，汽车发动机的牵引力是恒定的，则汽车受到的合力F合随时间变化的图像可能是下图中的( )图 4答案 D3解析 0t1时间内牵引力是恒定的，故合力也是恒定的；输出功率在增大，当达到额定功率后，速度逐渐增大，牵引力逐渐减小，一直到等于摩擦力，故合力也一直减小直到等于零，故选 D.【考点】机车启动问题分析【题点】机车启动图像分析5.如图 5 所示是半径为r的竖直光滑圆形轨道，将一玩具小车放到与轨道圆心O处于同一水平面的A点，并给小车一竖直向下的初速度，使小车沿轨道内侧做圆周运动，重力加速度为g.要使小车不脱离轨道，则在A处使小车获得竖直向下的最小初速度应为( )图 5A. B.7gr5grC. D.3gr2gr答案 C解析 小车恰好不脱离轨道的条件是在最高点满足mgm.小车沿轨道内侧做圆周运动的v2 r过程中，只有重力做功，机械能守恒设小车在A处获得的最小初速度为vA，由机械能守恒定律得mvA2mgrmv2，解得vA，故选项 C 正确1 21 23gr【考点】单个物体机械能守恒定律的应用【题点】机械能守恒定律在圆周运动中的应用6.质量m4 kg 的物体以 50 J 的初动能在粗糙程度相同的水平面上滑行，其动能与位移的关系图像如图 6 所示，则下列判断正确的是( )图 6A物体所受滑动摩擦力的大小为 5 NB物体 5 s 末的动能是 25 JC物体前 5 m 克服摩擦力做功比后 5 m 多D物体在水平面上的滑行时间为 22 s答案 A4解析 由题图可知，物体初动能为 50 J，滑行 10 m 时的动能为零，根据动能定理fl0Ek，所以f5 N，A 正确由Ekmv02得物体初速度v05 m/s，由v022al得1 2加速度大小a1.25 m/s2，滑行时间t4 s,5 s 末动能为零，B、D 错误物体前 5 mv0 a和后 5 m 克服摩擦力做功一样多，C 错误【考点】动能定理的综合应用问题【题点】动能定理的综合应用问题7如图 7 甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t0 时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点(形变在弹性限度内)，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后又下落，如此反复通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出该过程中弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示，则( )图 7A运动过程中小球的机械能守恒Bt2时刻小球的加速度为零Ct1t2这段时间内，小球的动能在逐渐减小Dt2t3这段时间内，小球的动能与重力势能之和在增加答案 D解析 运动过程中弹簧的弹力对小球做功，所以小球的机械能不守恒，A 错误t2时刻，弹簧弹力最大，说明弹簧的压缩量最大，小球的速度为零，但加速度不为零，B 错误t1t2这段时间内，小球接触弹簧并把弹簧压缩到最短，小球的速度先增大到最大，然后减小到零，所以小球的动能先增大后减小，C 错误t2t3这段时间内，弹簧弹力从最大值开始逐渐减小，说明弹簧的压缩量逐渐减小，小球开始逐渐上升，弹簧的弹力对小球做正功，所以小球的机械能增加，即其动能与重力势能之和在增加，D 正确【考点】系统机械能守恒定律的应用【题点】机械能守恒定律在弹簧类问题中的应用8.如图 8 所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，O点为弹簧在原长时物块的位置物块由A点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达B点在从A到B的过程中，物块( )5图 8A加速度先减小后增大B经过O点时的速度最大C所受弹簧弹力始终做正功D所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功答案 AD解析 由A点开始运动时，F弹>f，合力向右，小物块向右加速运动，弹簧压缩量逐渐减小，F弹减小，由F弹fma知，a减小；当运动到F弹f时，a减小为零，此时弹簧仍处于压缩状态，由于惯性，小物块继续向右运动，此时F弹<f，小物块做减速运动，且随着压缩量继续减小，F弹与f差值增大，即加速度增大；当越过O点后，弹簧被拉伸，此时弹力方向与摩擦力方向相同，有F弹fma，随着拉伸量增大，a也增大故从A到B过程中，物块加速度先减小后增大，在压缩状态F弹f时速度达到最大，故 A 对，B 错；在AO段物块运动方向与弹力方向相同，弹力做正功，在OB段运动方向与弹力方向相反，弹力做负功，故 C 错；由动能定理知，A到B的过程中，弹力做功和摩擦力做功之和为 0，故 D对【考点】动能定理的综合应用问题【题点】动能定理的综合应用问题9质量为 4 kg 的物体被人由静止开始向上提升 0.25 m 后速度达到 1 m/s，不计空气阻力，g取 10 m/s2，则下列判断正确的是( )A人对物体传递的功是 12 JB合外力对物体做功 2 JC物体克服重力做功 10 JD人对物体做的功等于物体增加的动能答案 BC解析 人提升物体的过程中，人对物体做了功，对物体传递了能量，不能说人对物体传递了功，A 错误；合外力对物体做的功(包括重力)等于物体动能的变化，W合mv22 J，B 正1 2确；物体克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，WGmgh10 J，C 正确；W人mghmv212 J，D 错误1 2【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用10如图所示，A、B、C、D 四图中的小球以及小球所在的左侧斜面完全相同，现从同一高度h处由静止释放小球，使之进入右侧不同的竖直轨道：除去底部一小圆弧，A 图中的轨道是一段斜面，高度大于h；B 图中的轨道与 A 图中轨道相比只是短了一些，且斜面高度小于6h；C 图中的轨道是一个内径略大于小球直径的管道，其上部为竖直管，下部为圆弧形，与斜面相连，管的高度大于h；D 图中的轨道是个半圆形轨道，其直径等于h.如果不计任何摩擦阻力和拐弯处的能量损失，小球进入右侧轨道后能到达h高度的是( )答案 AC解析 小球在运动过程中机械能守恒，A、C 图中小球不会脱离轨道，在最高点速度为零，因而可以达到h高度但 B、D 图中小球都会脱离轨道而做斜抛运动，在最高点具有水平速度，所以在最高点的重力势能要小于mgh(以最低点为零势能面)，即最高点的高度要小于h，选项 A、C 正确【考点】单个物体机械能守恒定律的应用【题点】机械能守恒定律的简单应用11.如图 9 所示，一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定于O点处将小球拉至A处，弹簧恰好无形变，由静止释放小球，它运动到O点正下方B点速度为v，AB间的竖直高度差为h，则( )图 9A由A到B重力对小球做的功等于mghB由A到B小球的重力势能减少mv21 2C由A到B小球克服弹力做功为mghD小球到达位置B时弹簧的弹性势能为mghmv2 2答案 AD解析 重力做功只和高度差有关，故由A到B重力做的功等于mgh，选项 A 正确；由A到B重力势能减少mgh，选项 B 错误；由A到B小球克服弹力做功为Wmghmv2，选项 C 错误，1 27D 正确【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用12.如图 10 所示，物体A、B通过细绳及轻质弹簧连接在光滑轻滑轮两侧，物体B的质量为2m，放置在倾角为 30°的光滑斜面上，物体A的质量为m，用手托着物体A使弹簧处于原长，细绳伸直(与弹簧相连的细绳与斜面平行)，A与地面的距离为h，物体B静止在斜面上挡板P处放手后物体A下落，与地面即将接触时速度大小为v，此时物体B对挡板恰好无压力，不计空气阻力，则下列说法正确的是( )图 10A弹簧的劲度系数为mg hB此时弹簧的弹性势能等于mghmv21 2C此时物体A的加速度大小为g，方向竖直向上D此后物体B可能离开挡板沿斜面向上运动答案 AB解析 A物体下落h，则弹簧的形变量是h，B物体处于静止状态，所以kh2mgsin 30°，解得k，A 正确；物体A减少的机械能转化为了弹簧的弹性势能，所以弹簧的弹性势能mg h为mghmv2，B 正确；此时弹力为mg，故A物体受力平衡，加速度为 0，C 错误；因A落1 2地后不再运动，则弹簧的形变量不再变化，弹力不会再增大，故B不可能离开挡板沿斜面向上运动，D 错误【考点】系统机械能守恒的应用【题点】机械能守恒定律在弹簧类问题中的应用二、实验题(本题共 2 小题，共 12 分)13(6 分)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图 11(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触但不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能8图 11(1)实验中涉及到下列操作步骤：把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号)(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s.比较两纸带可知，_(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大答案 (1) (2)1.29 M【考点】弹力做功与弹性势能的关系【题点】弹力做功与弹性势能关系的应用14(6 分)为了验证机械能守恒定律，某同学设计了如图 12 甲所示的实验装置，并提供了如下的实验器材：A.小车B钩码 C一端带滑轮的木板 D细线 E电火花计时器 F纸带 G毫米刻度尺 H6 V 交流电源 I220 V 交流电源9图 12(1)根据上述实验装置和提供的实验器材，你认为实验中不需要的器材是_(填写器材序号)，还应补充的器材是_(2)实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续 7 个点(标号 06)，测出 0 到 1、2、3、4、5、6 点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T.则打点2 时小车的速度v2_；若测得小车质量为M、钩码质量为m，打点 1 和点 5 时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，则验证点 1 与点 5 间系统的机械能守恒的关系式可表示为_(3)在实验数据处理时，如果以为纵轴，以d为横轴，根据实验数据绘出d图像，其v2 2v2 2图线的斜率表示的物理量的表达式为_答案 (1)H 天平 (2) mg(d5d1) (Mm)(v52v12) (3)d3d1 2T1 2mg Mm解析 (2)打点 2 时的速度等于 13 间或 04 间的平均速度，即v2；根据机械能d3d1 2T守恒，整个系统减少的重力势能等于整个系统增加的动能，即mg(d5d1) (Mm)·(v52v12) ；1 2(3)根据mgd (Mm)(v2v02)得：d，1 2v2 2mg Mmv02 2所以d图线的斜率表示的物理量的表达式为.v2 2mg Mm【考点】验证机械能守恒定律的综合考查【题点】验证机械能守恒定律的综合考查三、计算题(本题共 4 小题，共 40 分)15.(8 分)如图 13 所示，竖直平面内半径为R的光滑半圆形轨道，与水平轨道AB相连接，AB的长度为x.一质量为m的小球，在水平恒力F作用下由静止开始从A向B运动，小球与水平轨道间的动摩擦因数为，到B点时撤去力F，小球沿圆轨道运动到最高点时对轨道的压力为 2mg，重力加速度为g.求：图 13(1)小球在C点的加速度大小；(2)恒力F的大小10答案 (1)3g (2)mg7mgR 2x解析 (1)由牛顿第三定律知在C点，轨道对小球的弹力N2mg.小球在C点时，受到重力和轨道对球向下的弹力，由牛顿第二定律得Nmgma，解得a3g.(2)设小球在B、C两点的速度分别为v1、v2，在C点由a得v2.v22 R3gR从B到C过程中，由机械能守恒定律得mv12mv22mg·2R.1 21 2解得v1.7gR从A到B过程中，由动能定理得Fxmgxmv120.1 2解得Fmg.7mgR 2x【考点】机械能守恒定律与动能定理的结合应用【题点】机械能守恒定律与动能定理的结合应用16.(10 分)蹦极是一项既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱如图 14 所示，原长L16 m 的橡皮绳一端固定在塔架的P点，另一端系在蹦极者的腰部蹦极者从P点静止跳下，到达A处时绳刚好伸直，继续下降到最低点B处，BP之间的距离h20 m又知：蹦极者的质量m60 kg，所受空气阻力f恒为体重的 ，蹦极者可视为质点，g取 10 m/s2.1 5图 14(1)求蹦极者到达A点时的速度大小；(2)求橡皮绳的弹性势能的最大值；(3)蹦极者从P下降到A、再从A下降到B机械能的变化量分别记为 E1、E2，求E1E2.答案 (1)16 m/s (2)9 600 J (3)41解析 (1)对蹦极者从P到A过程由动能定理得：(mgf)Lmv21 211其中fmg1 5代入解得：v m/s16 m/s8 5gL8 5× 10 × 16(2)对蹦极者与橡皮绳组成的系统从P到B过程由能量守恒定律可得：mghfhEpm则得：Epm(mgf)hmgh ×60×10×20 J9 600 J4 54 5(3)从P下降到A过程中，机械能减少为：E1fL，从A下降到B过程中，机械能减少为：E2f(hL)则有 E1E2fLf(hL)16(2016)41.17(10 分)如图 15 所示，质量为m1 kg 的小滑块(视为质点)在半径为R0.4 m 的 圆弧1 4A端由静止开始释放，它运动到B点时速度为v2 m/s.当滑块经过B后立即将圆弧轨道撤去滑块在光滑水平面上运动一段距离后，通过换向轨道由C点过渡到倾角为37°、长s1 m 的斜面CD上，CD之间铺了一层匀质特殊材料，其与滑块间的动摩擦系数可在01.5 之间调节斜面底部D点与光滑地面平滑相连，地面上一根轻弹簧一端固定在O点，自然状态下另一端恰好在D点认为滑块通过C和D前后速度大小不变，最大静摩擦力等于滑动摩擦力取g10 m/s2，sin 37°0.6，cos 37°0.8，不计空气阻力图 15(1)求滑块对B点的压力大小以及在AB上克服阻力所做的功；(2)若设置0，求质点从C运动到D的时间；(3)若最终滑块停在D点，求的取值范围答案 见解析解析 (1)在B点，Nmgmv2 R解得N20 N由牛顿第三定律，N20 N从A到B，由动能定理，mgRWmv21 2解得W2 J12(2)0，滑块在CD间运动，有mgsin ma加速度agsin 6 m/s2由匀变速运动规律得svtat21 2解得t s，或t1 s(舍去)1 3(3)最终滑块停在D点有两种可能：a.滑块恰好能从C下滑到D.则有mgsin ·s1mgcos ·s0mv2，得到111 2b滑块在斜面CD和水平地面间多次反复运动，最终静止于D点当滑块恰好能返回C：2mgcos ·2s0mv2得到20.1251 2当滑块恰好能静止在斜面上，则有mgsin 3mgcos ，得到30.75所以，当 0.125<0.75 时，滑块能在CD和水平地面间多次反复运动，最终静止于D点综上所述，的取值范围是 0.125<0.75 或1.【考点】动能定理的综合应用问题【题点】动能定理的综合应用问题18.(12 分)如图 16 所示，轨道ABCD平滑连接，其中AB为光滑的曲面，BC为粗糙水平面，CD为半径为r的内壁光滑的四分之一圆管，管口D正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧，弹簧下端固定，上端恰好与D端齐平质量为m的小球在曲面AB上距BC高为 3r处由静止下滑，进入管口C端时与圆管恰好无压力作用，通过CD后压缩弹簧，压缩过程中小球速度最大时弹簧弹性势能为Ep.已知小球与水平面BC间的动摩擦因数为，重力加速度为g，求：图 16(1)水平面BC的长度s；(2)小球向下压缩弹簧过程中的最大动能Ekm.答案 (1) (2)mgrEp5r 23 2m2g2 k解析 (1)由小球在C点对轨道没有压力，有mgmvC2 r13小球从出发点运动到C点的过程中，由动能定理得3mgrmg·smvC21 2解得s.5r 2(2)速度最大时，小球加速度为 0，设弹簧压缩量为x.由kxmg，得xmg k由C点到速度最大时，小球和弹簧构成的系统机械能守恒设速度最大时的位置为零势能面，有mvC2mg(rx)EkmEp1 2解得EkmmgrEp.3 2m2g2 k【考点】能量守恒定律的综合应用【题点】能量守恒定律的综合应用